本文關鍵詞：氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京大學》 2014年

氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學性能

戴玉明  

【摘要】：近年來,超級電容器以其高安全性、高功率密度、大電流充放電和長循環(huán)壽命等優(yōu)點而成為各國競相研究的新型儲能裝置。根據(jù)存儲機理,超級電容器可分為兩大類,即以高比表面積碳材料作為電極材料的雙電層超級電容器和以具有快速氧化還原反應的金屬氧化物作為電極材料的贗電容超級電容器。由于存儲機制的不同,在相同面積下贗電容值可達雙電層電容值得數(shù)十倍,因而贗電容電極材料更受研究關注。目前,對贗電容電極材料的研究主要集中在更具商用前景的金屬氧化物尤其是賤金屬氧化物,因為其理論電容大、環(huán)境污染小、制備成本低。 本文以低成本的氧化錳為研究對象,利用低成本的化學制備法(當前關于氧化錳高電容的報道主要集中在導電基體上進行電沉積制備,但該法具有產率低、成本高的不足,難以工程化應用),圍繞增強其導電性和活性面積來提高電容值和循環(huán)穩(wěn)定性,制備了超結構及復合結構,并探討了這些結構對電化學性能的影響。主要內容概括如下： (1)在過硫酸銨與硫酸錳體系中,通過納米銀顆粒引導二氧化錳的生長方式,使得二氧化錳原本應為納米片的最終形貌在SLS生長機制的驅動下轉變成為納米線,獲得了一種由直徑10nm左右納米線自組裝成的直徑為1-2μm的超結構MnO2微米球,高分辨透射和掃描觀察結果證實了在二氧化錳納米線的尖端存在著氧化銀顆粒。超結構二氧化錳的晶體類型為α-MnO2,且結晶性要優(yōu)于純二氧化錳。超結構二氧化錳具有優(yōu)異的大電流充放電電容性能,100mV/s時的比電容達到417.2F/g,比純二氧化錳提高了近1個數(shù)量級。同時,超結構二氧化錳還有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有112.7%,優(yōu)于純二氧化錳的50.9%。 (2)通過水熱法制備尺寸均勻的MnO2納米棒,然后對MnO2納米棒進行敏化處理在其表面形成一層堿式氯化亞錫,再通過高溫干燥將堿式氯化亞錫分解生成二氧化錫,最終得到MnO2@SnO2核殼結構納米棒。該復合材料具有優(yōu)異的電化學性能,其在50mV/s掃描速率時的質量比電容值為367.5F/g,約為純MnO2納米棒的4倍。同時,MnO2@SnO2核殼結構納米棒還有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有91.3%,優(yōu)于純MnO2納米棒的74.6%。 (3)采用了一種簡單的方法制備了MnO2納米棒/Au納米粒子復合材料。首先通過水熱法制備尺寸均勻的MnO2納米棒,然后在MnO2納米棒表面進行氯金酸的還原,進而使其表面修飾上一層稀疏的Au納米顆粒。該復合材料具有優(yōu)異的電化學性能,其在50mV/s掃描速率下的質量比電容值為406.8F/g,約為純二氧化錳值的5倍。同時,復合材料的循環(huán)穩(wěn)定性也要優(yōu)于純二氧化錳好,經過2000次循環(huán)后,其電容保持率仍達93.3%。Au納米粒子對提高復合材料的電化學性能起到了關鍵作用,它不僅提高了復合材料的導電性,同時增強了復合材料的結構穩(wěn)定性。 (4)采用了簡單的二步法制備了MnO2納米棒/Ag納米粒子復合材料,首先通過水熱法制備尺寸均勻的MnO2納米棒,然后通過聚丙烯酸鈉對納米棒進行表面處理以易于銀離子吸附在其表面,當加入強還原劑硼氫化鈉后,銀離子將被還原出銀納米粒子緊緊地附著在MnO2納米棒表面,最終形成MnO2納米棒/Ag納米粒子復合材料。該復合材料具有優(yōu)異的電化學性能,其在50mV/s掃描速率下的質量比電容值為396.4F/g,約為純二氧化錳值的5倍。同時,復合材料還有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有95.2%,優(yōu)于純MnO2納米棒的74.6%。Ag納米粒子對提高復合材料的電化學性能起到了至關重要的作用,它不僅提高了復合材料的導電性,同時增強了復合材料的循環(huán)穩(wěn)定性。該復合材料所具備的優(yōu)異電化學性能,同時具有低廉的成本,使其有望成為具有應用潛力的超級電容器電極材料。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM53
【目錄】：

下載全文 更多同類文獻

CAJ全文下載

(如何獲取全文？ 歡迎：購買知網(wǎng)充值卡、在線充值、在線咨詢)

CAJViewer閱讀器支持CAJ、PDF文件格式

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 湯宏偉;褚彬;王蔣亮;常照榮;;納米氧化鎳的制備及超級電容性能研究[J];材料導報;2009年02期

2 葉曉燕;王艷芝;宋海燕;孫卓;何品剛;方禹之;;直立碳納米管超級電容器的研究[J];電化學;2008年01期

3 胡毅;陳軒恕;杜硯;尹婷;;超級電容器的應用與發(fā)展[J];電力設備;2008年01期

4 田艷紅,張為芹;超級電容器用高性能中孔活性炭的研究[J];電源技術;2004年04期

5 童孟良;;球形α-MnO_2的制備及其電化學性能[J];電源技術;2009年10期

6 劉泓;甘衛(wèi)平;鄭峰;馬賀然;李祥;羅賤;;超級電容器用羧基氧化釕薄膜的充放電性能[J];粉末冶金材料科學與工程;2011年03期

7 孟慶函,劉玲,宋懷河,凌立成;炭氣凝膠為電極的超級電容器的研究[J];功能材料;2004年04期

8 王興磊;何曉燕;歐陽艷;;Co_3O_4電化學電容電極材料的制備及性能研究[J];功能材料與器件學報;2012年02期

9 王佳偉;陳白珍;陳亞;范瑞娟;;溶膠-凝膠法制備超級電容器用二氧化錳[J];電池;2012年05期

10 李晶;賴延清;趙曉東;彭汝芳;劉業(yè)翔;;超級電容器碳電極材料制備工藝優(yōu)化與性能[J];材料導報;2011年08期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 郎俊偉;用于超級電容器的金屬氧化物及其復合電極材料的制備與性能研究[D];蘭州理工大學;2010年

2 王新宇;超級電容器用新型電極材料的研究[D];中南大學;2011年

3 楊常玲;超級電容器炭基電極材料制備及其電容性能研究[D];太原理工大學;2010年

4 王志江;金納米粒子及其復合材料的可控合成與結構和性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

5 劉卯成;雙金屬氧化物及其復合材料的贗電容行為研究[D];蘭州理工大學;2013年

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔣亞嫻;陳曉紅;宋懷河;;用于超級電容器電極材料的球形炭氣凝膠[J];北京化工大學學報(自然科學版);2007年06期

2 靳添絮;陳杰;白永強;王海杰;;基于超級電容器的混合動力裝置設計與應用[J];北京理工大學學報;2009年05期

3 余新武,屈媛;納米MnO_2的制備與應用研究[J];寶雞文理學院學報(自然科學版);2004年04期

4 黃加棟;居莉莉;陳敬敬;李思埏;周忠焱;懷紅霞;;構建基于LbL的(PPy/MWCNTs-CS)n增效的葡萄糖生物傳感器[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年07期

5 吳來紅;夏天東;趙文軍;;超微NiO粉體的制備及其應用[J];材料導報;2008年S1期

6 李生娟;王樹林;徐波;;活性炭結構演化及其電化學性能[J];材料導報;2009年24期

7 涂治勇;李珍;羅穎;劉英菊;董先明;;碳納米管在聚合物中的分散性研究[J];材料導報;2010年S2期

8 荊汝壹;白陽;劉微;賈曉林;;NaOH活化法制備高比表面積稻殼活性炭[J];材料導報;2010年S2期

9 王譯瑩;李慶;張連營;黎雪蓮;曾志軍;張進;鐘小玲;;α-MnO_2納米線的微波法制備及其電化學性能研究[J];材料導報;2011年S1期

10 劉林勤;諶倫建;馬亞芬;邢寶林;黃光許;;非對稱型超級電容器的研究現(xiàn)狀[J];材料導報;2012年07期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄂寶民;黃旭;龐立軍;陳昀;支偉;;先進儲能技術在環(huán)渤海風電發(fā)展中的應用前景分析[A];第十三屆中國科協(xié)年會第15分會場-大規(guī)模儲能技術的發(fā)展與應用研討會論文集[C];2011年

2 黃旭;高毅;;先進儲能技術在天津智能電網(wǎng)建設中的應用前景分析[A];第十三屆中國科協(xié)年會第15分會場-大規(guī)模儲能技術的發(fā)展與應用研討會論文集[C];2011年

3 鄧浩;張寧;馮哲圣;;大容量化學儲能系統(tǒng)研究進展[A];中國電子學會第十六屆電子元件學術年會論文集[C];2010年

4 周建新;沈湘黔;;超級電容器電極材料研究進展[A];第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅲ[C];2004年

5 陳博;連志陽;張德遠;;生物加工方法制備雷達波吸收劑的前景探討[A];2006年全國功能材料學術年會專輯（Ⅲ）[C];2006年

6 劉希邈;龍東輝;張睿;詹亮;凌立成;;雙電層電容器用瀝青焦基活性炭的制備工藝條件對其孔結構及電化學性能的影響[A];第20屆炭—石墨材料學術會論文集[C];2006年

7 張麗明;胡耀強;詹亮;凌立成;;活性炭粒度對無極系超級電容器電極性能的影響[A];第20屆炭—石墨材料學術會論文集[C];2006年

8 魏海博;陳一民;謝凱;;高比表面積椰殼活性炭電極材料研究[A];中國空間科學學會空間材料專業(yè)委員會2012學術交流會議論文（摘要）集[C];2012年

9 靳添絮;劉立;陳樹新;;軍用裝備中基于超級電容器的混合動力裝置設計及應用[A];2011年中國智能自動化學術會議論文集（第一分冊）[C];2011年

10 李常浩;劉天晴;;層狀液晶中氧化鎳納米片的制備及電化學特性[A];中國化學會第十四屆膠體與界面化學會議論文摘要集-第1分會：表面界面與納米結構材料[C];2013年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭志軍;燃料電池用碳氣凝膠載鉑基催化劑的制備與表征[D];北京交通大學;2011年

2 哈里德;幾種錳氧化物納米材料的合成、表征及其在顏料催化降解中的應用[D];華中科技大學;2011年

3 郎俊偉;用于超級電容器的金屬氧化物及其復合電極材料的制備與性能研究[D];蘭州理工大學;2010年

4 張晶;基于介孔碳載體的高容量超級電容器復合電極材料的制備及性能研究[D];蘭州理工大學;2010年

5 王華蘭;石墨烯/導電聚合物納米復合材料及其電化學研究[D];南京理工大學;2011年

6 李艷華;基于超級電容器用的四氧化三鈷的形貌可控制備及性能研究[D];中南大學;2011年

7 王新宇;超級電容器用新型電極材料的研究[D];中南大學;2011年

8 楊娟;超級電容電池用炭類負極材料制備及性能研究[D];中南大學;2010年

9 汪形艷;金屬氧化物/碳微球復合材料超級電容特性研究[D];湘潭大學;2011年

10 張玉潔;聚吡咯復合納米材料制備及其在電容法脫鹽中的應用研究[D];天津大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭麗萍;碳化鈣骨架碳的制備及其修飾在超級電容器中的應用[D];湘潭大學;2010年

2 俞力家;花生殼制活性炭及其用于脫鉻的研究[D];河南工業(yè)大學;2010年

3 李媛;超級電容器電極材料的制備及其電化學性能的研究[D];沈陽理工大學;2010年

4 趙欣;炭氣凝膠的制備及其對低密度脂蛋白的吸附研究[D];華東理工大學;2011年

5 王猛;功能性介質中高性能導電聚吡咯的合成和性能研究[D];華東理工大學;2011年

6 苗森;水溶性酚醛樹脂的成炭性能及其復合材料的研究[D];華東理工大學;2011年

7 田華亭;AGV用超級電容與蓄電池電電混合的實驗研究[D];昆明理工大學;2010年

8 樊武琨;熱敏CTP成像材料體系的構筑與性能研究[D];北京印刷學院;2010年

9 孔德帥;納米多孔結構鎳基復合膜電極的電化學法制備及其贗電容性能[D];浙江大學;2011年

10 國帥;模板碳的制備及其電容性能的研究[D];東華大學;2010年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊蓉;康二維;崔斌;謝鋼;蔣百靈;;超級電容器聚苯胺電極材料的研究進展[J];工程塑料應用;2010年05期

2 龐旭;馬正青;左列;曾蘇民;;超級電容器金屬氧化物電極材料研究進展[J];表面技術;2009年03期

3 周新民;孫暉;;新型儲能元件綜述——超級電容及其應用[J];變頻器世界;2009年06期

4 桂長清;新型貯能元件超級電容器[J];船電技術;2003年01期

5 張傳喜;鄭中華;;超級電容器碳材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J];船電技術;2007年05期

6 李晶;賴延清;李頡;劉業(yè)翔;;導電聚苯胺電極材料在超級電容器中的應用及研究進展[J];材料導報;2006年12期

7 呂進玉;林志東;;超級電容器導電聚合物電極材料的研究進展[J];材料導報;2007年03期

8 陳光鏵;徐建華;楊亞杰;蔣亞東;葛萌;;超級電容器有機導電聚合物電極材料的研究進展[J];材料導報;2009年19期

9 袁磊;王朝陽;付志兵;張厚瓊;唐永建;;超級電容器電極材料的研究進展[J];材料導報;2010年17期

10 鄧梅根,楊邦朝,胡永達;納米NiO的制備及其贗電容特性研究[J];材料工程;2005年05期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郎俊偉;用于超級電容器的金屬氧化物及其復合電極材料的制備與性能研究[D];蘭州理工大學;2010年

2 張晶;基于介孔碳載體的高容量超級電容器復合電極材料的制備及性能研究[D];蘭州理工大學;2010年

3 張莉;混合型超級電容器的相關理論和實驗研究[D];大連理工大學;2006年

4 張家鑫;導電高分子納米材料的電化學合成[D];清華大學;2005年

5 梁彥瑜;新型能源材料—電化學電容器與鋰離子電池電極材料的研究[D];蘭州大學;2006年

6 李海東;超級電容器模塊化技術的研究[D];中國科學院研究生院（電工研究所）;2006年

7 趙家昌;超級電容器中孔炭電極材料的制備及性能研究[D];中國科學院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術研究所）;2006年

8 朱玉東;炭氣凝膠的制備及在超級電容器中的應用[D];大連理工大學;2006年

9 李學良;儲電能源納米材料的制備及性能研究[D];合肥工業(yè)大學;2007年

10 慈穎;基于碳材料和氧化釕超級電容器的研究[D];中國科學院研究生院（理化技術研究所）;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳國周;小晶粒NaY分子篩合成探索[D];廈門大學;2001年

2 趙文江;小晶粒NaY分子篩的合成[D];大連理工大學;2004年

3 肖芳;復合金屬氧化物材料的電化學電容行為[D];新疆大學;2005年

4 楊嬌萍;超級電容器用多孔活性炭材料的研究[D];北京化工大學;2005年

5 彭波;MnO_2基超級電容器電極材料的制備與性能研究[D];中南大學;2005年

6 姜來新;聚苯胺納米結構的電化學合成與表征[D];青島科技大學;2006年

7 蔡玉冬;納米碳材料用作電化學超級電容器電極材料的研究[D];西南交通大學;2007年

8 王彥鵬;電化學超級電容器復合電極材料的制備與研究[D];西北師范大學;2007年

9 毛定文;超級電容器用聚苯胺/活性炭復合材料的研究[D];北京化工大學;2007年

10 盧海;聚苯胺納米纖維的界面聚合法制備及電化學電容特性研究[D];中南大學;2007年

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 覃忠富;郭仁庭;傅長明;吳睿;黃科林;慕朝師;;活性二氧化錳制備技術研究進展[J];企業(yè)科技與發(fā)展;2011年06期

2 C.C.馬爾科夫;何祥華;;電化學檢驗活性二氧化錳的快速方法[J];干電池;1980年02期

3 ;化學二氧化錳生產概況介紹[J];干電池;1980年02期

4 趙崇濤;;廟前氧化錳礦制備活化二氧化錳的研究[J];中國錳業(yè);1991年04期

5 張躍;;二氧化錳對鋅—錳電池容量的影響[J];中國錳業(yè);1993年06期

6 劉務華,徐保伯,周瓊花,彭天劍;活性二氧化錳的發(fā)展與應用[J];電池;1996年04期

7 王爾賢;天然二氧化錳和干電池[J];電池工業(yè);1998年03期

8 何英,李誠芳;酸處理對天然二氧化錳電性能的影響[J];電源技術;2000年01期

9 劉順華;管洪濤;段玉平;趙彥波;;二氧化錳復合材料吸波特性研究[J];功能材料;2006年02期

10 夏熙;;二氧化錳的物理、化學性質與其電化學活性的相關(5)[J];電池;2006年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫曉丹;馬春來;王毓德;李恒德;;一種新型氧化錳介孔相的制備方法[A];納米材料和技術應用進展——全國第二屆納米材料和技術應用會議論文集（上卷）[C];2001年

2 劉素琴;趙家昌;黃可龍;;不同相二氧化錳的制備及其電性能[A];第四屆中國功能材料及其應用學術會議論文集[C];2001年

3 張熊;楊秀雙;紀麗艷;王毅;陳旭;楊文勝;;亞甲基藍插層二氧化錳復合材料剝離/組裝法制備及其性能研究[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

4 林中魁;莊凱寒;陳錦毅;蔡健益;蘇程裕;林鴻明;;氣凝合成奈米氧化錳粉體之特性研究[A];中國顆粒學會2006年年會暨海峽兩岸顆粒技術研討會論文集[C];2006年

5 季辰辰;蔡長君;魯振江;包淑娟;;層狀二氧化錳的合成及其電化學性能研究[A];中國化學會第28屆學術年會第10分會場摘要集[C];2012年

6 張治安;楊邦朝;鄧梅根;胡永達;;氧化錳電極的微結構與電容行為研究[A];2004年材料科學與工程新進展[C];2004年

7 宋文娥;程方益;趙建智;陳軍;;二氧化錳及其復合材料的化學制備和電極性能研究[A];第二十七屆全國化學與物理電源學術年會論文集[C];2006年

8 許乃才;喬山峰;唐秀花;劉宗懷;;不同形貌層狀氧化錳的可控合成與表征[A];中國化學會第26屆學術年會納米化學分會場論文集[C];2008年

9 程方益;趙建智;宋文娥;馬華;李春生;陳軍;;高性能二氧化錳正極活性材料的研制[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

10 姚素薇;郭萌;張自強;張衛(wèi)國;;二氧化錳敏感材料的電化學制備及其pH響應特性的研究[A];2009年全國電子電鍍及表面處理學術交流會論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 記者 譚必文　通訊員 李焱華 王芳;[N];團結報;2011年

2 趙歡;[N];團結報;2007年

3 特邀撰稿 向民貴 胡建 周方俊 唐雄英;[N];湖南日報;2011年

4 本報特約記者 向民貴　通訊員 唐正海 胡建 周方俊 舒紹云 覃選生;[N];團結報;2011年

5 本報記者 魏靜;[N];中國證券報;2013年

6 宜豐縣新莊中學 熊名柳;[N];宜春日報;2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 刁貴強;軟化學法合成氧化錳及其催化和電化學性能研究[D];廣東工業(yè)大學;2013年

2 魏春光;二氧化錳的隧道調控和電化學離子存儲性能研究[D];清華大學;2013年

3 蔣蓉蓉;納米結構二氧化錳的制備及其作為電化學電容器電極材料的研究[D];復旦大學;2010年

4 張立珠;新生態(tài)二氧化錳對水中有機污染物的強化去除作用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

5 黃行康;二氧化錳的制備、結構表征及其電化學性能[D];廈門大學;2007年

6 楊晶晶;納米水合二氧化錳氧化水中典型有機污染物的效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

7 尹文新;在氯鹽介質中同時電解鉛和二氧化錳的研究[D];東北大學;2008年

8 朱剛;獨特形貌氧化錳納米電極材料的可控制備及其電容性質研究[D];陜西師范大學;2013年

9 戴玉明;氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學性能[D];南京大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張瓊;生物氧化錳的形成及其與砷的交互作用[D];山西師范大學;2013年

2 郄忠偉;超級電容器用納米二氧化錳電極材料的制備及性能研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

3 馬賀;微/納米二氧化錳的制備及其電磁特性的研究[D];大連理工大學;2009年

4 王玉婷;納米二氧化錳的可控制備及電化學性能研究[D];大連理工大學;2011年

5 陳娜;離子液體輔助條件下特異形貌氧化錳的可控制備研究[D];陜西師范大學;2011年

6 吳江麗;輝鉬礦和二氧化錳共同焙燒新工藝的研究[D];中南大學;2005年

7 樓穎偉;納米二氧化錳制備及電化學性能研究[D];浙江工業(yè)大學;2004年

8 秦繼偉;鐵摻雜納米二氧化錳的制備及其電化學性能[D];大連理工大學;2012年

9 胡彩園;基于納米二氧化錳的電化學生物傳感器的研究[D];浙江工業(yè)大學;2012年

10 劉晶;二氧化錳及其復合材料電化學性能研究[D];天津大學;2009年

  本文關鍵詞：氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：159318